Способ охлаждения воздушного потока

 

Изобретение относится к способу охлаждения воздушного потока и может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Заявляемый способ охлаждения воздушного потока может быть реализован при пропускании потока через поверхностный теплообменник (воздухоохладитель) с циркулирующей водой, полученной путем испарительного охлаждения воздуха, температура которого снижена за счет использования воды на предыдущих циклах прямого и косвенного охлаждения воздуха. Предлагаемый способ охлаждения воздуха позволяет понизить его температуру почти до ~ точки росы. 4 ил.

Изобретение относится к способу охлаждения воздушного потока и может быть использовано в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

В настоящее время в системах вентиляции и кондиционирования воздуха широко применяют способы прямого испарительного охлаждения (увлажнения) воздуха с использованием контактных аппаратов: оросительных форсуночных камер, градирен, брызгальных бассейнов [1]. В них воздух непосредственно контактирует с водой, которая распыливается в потоке воздуха. В результате испарения воды (до ~ 3%) температура воздуха снижается (в пределе до температуры мокрого термометра воздуха) и он также увлажняется. При этом энтальпия воздуха остается постоянной. Поэтому способ охлаждения называют также изоэнтальпийным или адиабатическим охлаждением (увлажнением) воздуха.

Также на практике применяют способ косвенного охлаждения воздуха [2], т.е. с использованием поверхностных теплообменников, когда теплота от воздуха воде отбирается через стенку (поверхность).

Обычно используют теплообменники с наружным оребрением. Воздушный поток движется снаружи оребренной поверхности, охлаждающая среда (вода) - внутри труб. Увлажнения воздуха при этом не происходит.

Недостатками описанных способов охлаждения воздуха является сравнительно небольшое понижение температуры воздуха (при прямом процессе) или необходимость использования холодильной установки при косвенном охлаждении для получения холодной воды или другого холодоносителя. В последнем случае значительно возрастают энергетические затраты и стоимость оборудования.

Наиболее близким к заявляемому способу охлаждения воздушного потока является способ двухступенчатого (прямого и косвенного) испарительного охлаждения воздуха [2].

Под двухступенчатым охлаждением понимается последовательная обработка воздуха путем косвенного (в поверхностном воздухоохладителе) и прямого (в оросительной камере) испарительного охлаждения. Охлажденный воздух проходит две ступени обработки, что позволяет получить конечную температуру обрабатываемого воздуха на несколько градусов ниже температуры по мокрому термометру.

Принципиальная схема двухступенчатой обработки воздуха приведена на фиг.1, изменение параметров воздуха при этой обработке изображено на фиг.2.

Схема содержит

поверхностный теплообменник (воздухоохладитель) 1,

контактный аппарат (оросительная форсуночная камера) 2,

контактный аппарат (градирня) 3,

насосы 4, 5 и

вентилятор 6.

Наружный воздух в теплый период поступает в поверхностный воздухоохладитель 1, т.е. в первую ступень охлаждения. Здесь воздух охлаждения при постоянном влагосодержании, отрезок HH₁ (фиг.2). Для охлаждения воды, поступающей в поверхностный воздухоохладитель 1, может применяться градирня 3. В ней температура воды на выходе снижается почти до температуры мокрого термометра за счет процесса прямого испарительного охлаждения воздуха. С помощью насоса 4 вода направляется в воздухоохладитель 1 и затем повторно - в градирню 3.

Затем воздух поступает в оросительную форсуночную камеру 2 (вторая ступень обработки), где происходит прямое испарительное охлаждение уже предварительно охлажденного воздуха при полной рециркуляции воды, т.е. процесс охлаждения протекает по J - const со снижением температуры воздуха и увеличением влагосодержания, отрезок H₁О (фиг.2). Затем охлажденный и увлажненный воздух обычно вентилятором 6 подается в обслуживаемое помещение.

Двухступенчатое (прямое и косвенное) испарительное охлаждение воздуха позволяет снизить температуру воздуха, получаемого после обработки и, соответственно, уменьшить требуемый воздухообмен в кондиционируемом помещении по сравнению с одноступенчатым прямым испарительным охлаждением.

К недостатку способа двухступенчатого охлаждения воздуха можно отнести умеренное, неглубокое охлаждение воздуха (как уже указывалось выше, температура воздуха на выходе всего на несколько градусов ниже температуры по мокрому термометру наружного воздуха). Другим недостатком этого способа является зависимость конечной температуры воздуха на выходе от его относительной влажности. Температура воздуха на выходе определяется положением т.О на изоэнтальпе j_h1. С понижением относительной влажности воздуха (т.О сдвигается к т.H₁ по линии j_h1 - const, фиг. 2) его температура на выходе не будет значимо снижена.

Устранить укачанные недостатки позволяет заявляемое изобретение.

Техническим результатом изобретения является понижение температуры воздуха в пределах до температуры точки росы воздуха при постоянном начальном влагосодержании, кроме того, возможность одновременного охлаждения и увлажнения воздуха в широких диапазонах, от начальных значений температуры и относительной влажности до температуры точки росы и состояния полного насыщения.

Технический результат достигается тем, что осуществляется способ охлаждения воздушного потока, при котором поток пропускают через поверхностный теплообменник (воздухоохладитель) с циркуляционной водой, которую образуют путем испарительного охлаждения воздуха, температура которого снижена за счет использования этой воды на предыдущих циклах прямого и косвенного охлаждения воздуха.

Схема предлагаемого способа охлаждения воздуха приведена на фиг.3. Изменение параметров воздуха при этой обработке изображено на фиг.4.

Схема содержит

1, 2, 3 - поверхностные теплообменники (водоохладители),

4, 5, 6 -контактные аппараты (градирни) и

насосы.

Сущность предлагаемого способа охлаждения воздушного потока состоит из следующих стадий (ступеней).

I Стадия. Наружный воздух последовательно проходит поверхностный воздухоохладитель 1, контактный аппарат 5 (градирню) и выбрасывается в атмосферу. Для охлаждения воды, поступающей в воздухоохладитель 1, служит градирня 4. В результате тепловлажностной обработки наружный воздух увлажняется и охлаждается до температуры на несколько градусов ниже температуры мокрого термометра. Температура же рециркуляционной воды в градирне 5, в свою очередь, будет на несколько градусов еще ниже, чем температура воздуха, удаляемого из градирни 5, т.е. температура воды, выходящей из градирни 5, ниже температуры мокрого термометра наружного воздуха.

Таким образом, I стадия обработки воздуха по своему аппаратурному оформлению и технологическому циклу соответствует двухступенчатому (прямому и косвенному) испарительному охлаждению воздуха, описанному выше. Однако назначение I стадии состоит не в получении охлажденного воздуха, целью является получение охлажденной воды, которая будет служить циркуляционной водой для воздухоохладителя на II стадии обработки воздуха.

II Стадия. Наружный воздух, как и в первой стадии, последовательно проходит поверхностный воздухоохладитель 2, контактный аппарат 6 и выбрасывается в атмосферу. Однако воздухоохладитель охлаждается циркулирующей водой, температура которой ниже, чем у воды, используемой на I стадии в воздухоохладителе 1. Поэтому на II стадии воздух будет охлажден до температуры ниже еще на несколько градусов, чем после I стадии.

III Стадия. Эта стадия, как и все последующие стадии, если в них есть потребность, могут соответствовать по аппаратурному оформлению и схеме процесса II стадии.

В случае необходимости глубокого охлаждения воздуха при постоянном влагосодержании (сухое охлаждение) последняя стадия будет состоять из одного поверхностного воздухоохладителя, например, теплообменника 3.

Таким образом, охлаждение воздуха включает многостадийный процесс, где в результате прямого и косвенного охлаждения воздуха получают воду, температура которой может быть снижена в пределе до ~ температуры точки росы воздуха. Поэтому предлагаемый способ охлаждения воздуха может рассматриваться как и способ умеренного охлаждения воды.

К достоинствам заявляемого изобретения следует отнести:

1. Возможность понижения температуры воздуха в пределе ~ до температуры точки росы воздуха при постоянном начальном влагосодержании.

2. Возможность одновременного охлаждения и увлажнения воздуха в широких диапазонах, от начальных значений температуры и относительной влажности до ~ температуры точки росы и ~ состояния полного насыщения.

Источники информации

1. А.А.Пеклов, Т.А.Степанова. Кондиционирование воздуха. - Киев: Вища школа, 1978, 327 с.

2. Б.Н.Богословский, О.Я.Кокорин, Л.В.Петров. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. - М.: Стройиздат, 1985, 367с.

Формула изобретения

Способ охлаждения воздушного потока, при котором поток пропускают через поверхностный теплообменник (воздухоохладитель) с циркулирующей водой, отличающийся тем, что циркулирующая вода образуется путем испарительного охлаждения воздуха, температура которого снижена за счет использования воды на предыдущих циклах прямого и косвенного охлаждения воздуха.

РИСУНКИ